CN113110190A - 一种瓦斯抽采泵站智能监控系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种瓦斯抽采泵站智能监控系统及监控方法，该系统包括控制器模块，还包括：上位机模块，用于向控制器模块发送控制指令；摄像分析模块，用于采集包含有用于监测瓦斯抽采装置的机械仪表的仪表图像，并解析仪表图像得到反映瓦斯抽采装置状态的仪表信息；控制器模块，用于：控制第一开关模块启动；基于第一开关模块的启动状态和/或状态检测信息和/或仪表信息，判断瓦斯抽采装置状态达到预设的启动条件时控制第二开关模块启动。本发明可以通过远程的上位机模块下达控制指令，通过控制器模块分析装置当前状态，在确定满足启动条件后启动，并能够将各项数据反馈给上位机，实现了瓦斯抽采泵站远程自动控制和管理。

Description

一种瓦斯抽采泵站智能监控系统及监控方法

技术领域

本发明涉及煤矿瓦斯抽采领域，特别是一种瓦斯抽采泵站智能监控系统、一种瓦斯抽采泵站智能监控方法以及一种瓦斯抽采泵运行切换方法。

背景技术

目前，对于煤矿瓦斯抽采普遍采用高压柜手动按钮直接启动电机的方式来带动大功率水环式真空泵运行，现场全天都需要依赖人工进行操作、管理和监控，包括手动旋转阀门手轮(柄)开启、关闭阀门、人工观察开度指示大小以调节井下抽采负压等操作，这不仅容易出现控制不灵活、调节开闭精度不够等问题，而且浪费人力资源和增加人的体力劳动强度，造成较大的人力财力浪费。

除此之外，对于煤矿瓦斯抽采系统，还需要定时进行人工巡检，间隔时间较短且巡检频繁。人工巡检存在巡检质量受人员个体差异影响较大、巡检存在盲区、巡检工作量较大，多人多班巡检制度，增加泵站运行成本等问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种瓦斯抽采泵站智能监控系统、一种瓦斯抽采泵站智能监控方法以及一种瓦斯抽采泵运行切换方法，实现瓦斯抽采泵站远程自动控制和自动巡检，降低了工人劳动强度。

本发明公开了一种瓦斯抽采泵站智能监控系统，用于监控瓦斯抽采装置，包括控制器模块，还包括：

上位机模块，用于向所述控制器模块发送控制指令；

摄像分析模块，用于采集包含有用于监测瓦斯抽采装置的机械仪表的仪表图像，并解析所述仪表图像得到反映瓦斯抽采装置状态的仪表信息；

控制器模块，用于：控制第一开关模块启动，用于向瓦斯抽采泵注水；获取状态检测模块生成的检测信号，解析得到用于反映瓦斯抽采装置状态的状态检测信息；获取所述仪表信息；基于所述第一开关模块的启动状态和/或所述状态检测信息和/或所述仪表信息，判断瓦斯抽采装置状态是否达到预设的启动条件；若是，则通过控制第二开关模块使得瓦斯抽采装置得电启动。

本发明公开了一种瓦斯抽采泵站智能监控方法，用于监控瓦斯抽采装置，包括：

S1：获取上位机模块的启动指令；

S2：控制第一开关模块启动，用于向瓦斯抽采泵内注水；

S3：获取状态检测模块生成的检测信号，解析得到用于反映瓦斯抽采装置状态的状态检测信息；

S4：采集包含有用于监测瓦斯抽采装置的机械仪表的仪表图像，解析所述仪表图像得到反映瓦斯抽采装置状态的仪表信息；

S5：基于所述第一开关模块的启动状态和/或所述状态检测信息和/或所述仪表信息，判断瓦斯抽采装置状态是否达到预设的启动条件；

S6：若是，则通过控制第二开关模块使得瓦斯抽采装置得电启动。

进一步地，所述步骤S1包括：上位机模块发送启动指令至工业交换机的情况下，从所述工业交换机获取所述启动指令。

所述步骤S4包括：基于矿用隔爆摄像头采集的所述机械仪表的图像，通过所述工业交换机发送至视频分析服务器，解析得到所述仪表信息。

所述步骤S5之前，还包括：通过所述工业交换机获取由所述视频分析服务器发送的所述仪表信息。

进一步地，所述步骤S2包括：打开瓦斯抽采泵电动阀门，并且驱动循环水泵低压开关合闸。

所述步骤S3包括：根据所述检测信号解析得到以下一者或几者：所述瓦斯抽采泵电动阀门开度信息；所述循环水泵低压开关开闭反馈信息；循环水流量值；瓦斯抽采泵缺水反馈信息；瓦斯抽采泵减速机轴温度值；瓦斯抽采泵电机温度值。

所述步骤S5包括：基于所述第一开关模块的启动状态和所述状态检测信息，判断瓦斯抽采装置的运行状态的状态检测信息是否达到预设的启动条件；

所述步骤S6包括：若是，则驱动瓦斯抽采泵高压开关合闸；在接收到所述瓦斯抽采泵高压开关反馈的合闸信号的情况下，确认所述瓦斯抽采装置启动。

进一步地，所述瓦斯抽采泵站智能监控方法还包括：对比所述状态检测信息和所述仪表信息中用于反映瓦斯抽采装置状态的同一指标的参数是否匹配；若否，则向所述上位机模块发送报警信息。

进一步地，所述步骤S4包括：

定位所述仪表图像中机械表盘区域。

对所述机械表盘区域依次进行灰度处理、滤波处理、二值化处理，并进行形态学膨胀运算，使得所述所述机械表盘区域中心空白处仅包括表针。

获取所述表针的两侧轮廓线的坐标位置，并基于所述坐标位置计算得到所述表针的倾斜角度。

基于所述倾斜角度确定仪表读数，得到所述仪表信息。

进一步地，所述瓦斯抽采泵站智能监控方法还包括：

基于所述状态检测信息或仪表信息确定瓦斯抽采管道的甲烷浓度值，在所述甲烷浓度值高于第一浓度阈值的情况下，控制配空电动阀门开度增加；在所述甲烷浓度值低于第二浓度阈值的情况下，所述配空电动阀门开度保持不变；在所述甲烷浓度值低于第三浓度阈值的情况下，控制所述配空电动阀门开度减少；在所述甲烷浓度值高于第四浓度阈值的情况下，所述配空电动阀门开度保持不变。

基于所述状态检测信息或仪表信息确定瓦斯抽采管道的负压值；在所述负压值低于第一压力阈值的情况下，控制循环电动阀门开度增加；在所述负压值高于第二压力阈值的情况下，控制循环电动阀门开度停止增加；在所述负压值高于第三压力阈值的情况下，控制循环电动阀门开度减少；在所述负压值低于第四压力阈值的情况下，控制循环电动阀门开度停止减少。

基于所述状态检测信息或仪表信息确定循坏水池的液位值，在所述液位值低于第一液位阈值的情况下，控制循环水池补水电动阀门全开启；在所述液位值高于第二液位阈值的情况下，控制所述控制循环水池补水电动阀门关闭。

进一步地，所述瓦斯抽采泵站智能监控方法，还包括：基于所述状态检测信息和/或所述仪表信息，判断瓦斯抽采装置状态是否达到预设的报警条件。若是，则向所述上位机模块发送报警信息。

所述瓦斯抽采泵站智能监控方法，还包括：采集包含瓦斯抽采泵站厂房内的现场图像，判断所述现场图像中是否存在标定特征；若是，则向所述上位机模块发送报警信息。

进一步地，所述步骤S1包括：获取上位机模块的自动启动指令或手动启动指令。

所述步骤S2包括：在获取自动启动指令的情况下，控制第一开关模块启动，用于向瓦斯抽采泵内注水。

所述瓦斯抽采泵站智能监控方法，还包括：

S7：获取所述上位机模块的关停指令。

S8：控制第二开关模块关闭。

S9：自获取第二开关模块的关闭反馈信息起计时，并在在达到预定的延时后，关闭所述第一开关模块。

S10：获取第一开关模块的关闭反馈信息，完成关停。

所述瓦斯抽采泵站智能监控方法，还包括：

S11：在获取手动启动指令的情况下，根据所述上位机模块发送的第一开关模块启动指令和第二开关模块启动指令来分别控制所述第一开关模块和所述第二开关模块启动。

S12：分别获取所述第一开关模块和所述第二开关模块的启动反馈信息，瓦斯抽采装置完成启动。

S13：根据所述上位机模块发送的第一开关模块关停指令和第二开关模块关停指令来分别控制所述第一开关模块和所述第二开关模块关停。

S14：分别获取所述第一开关模块和所述第二开关模块的关停反馈信息，瓦斯抽采装置完成关停。

本发明还公开了一种瓦斯抽采泵运行切换方法，包括：

采用如上所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，启动瓦斯抽采装置中任一抽采泵；在运行时间达到切换时间阈值的情况下，关闭所述已启动的抽采泵，并采用如上所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，启动所述瓦斯抽采装置中未运行的抽采泵。

本发明至少具有以下有益效果：

本发明可以通过远程的上位机模块下达控制指令，通过控制器模块分析瓦斯抽采泵的当前状态，在确定满足启动条件后启动，并能够将各项数据反馈给上位机，实现了瓦斯抽采泵站远程自动控制和管理，降低了人工劳动强度。

本发明一方面可以通过分析图像来识别标定特征，如手机、平板电脑、安全帽、人员跌倒、小动物等，另一方面通过分析仪表图像来确定仪表的度数，得到仪表信息。实现了基于对图像的解析识别来代替传统的人工巡检的功能。

本发明的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明优选实施例公开的瓦斯抽采泵站智能监控系统的结构原理图；

图2是本发明优选实施例公开的瓦斯抽采泵站智能监控系统的系统结构连接图。

图3是本发明优选实施例公开的瓦斯抽采泵站智能监控方法的启动流程时序图。

图4是本发明优选实施例公开的瓦斯抽采泵站智能监控方法中二值化处理后的效果图。

图5是本发明优选实施例公开的瓦斯抽采泵站智能监控方法中膨胀运算后的效果图。

图6是本发明优选实施例公开的瓦斯抽采泵站智能监控方法中截取的中心区域图像。

图7是本发明优选实施例公开的瓦斯抽采泵站智能监控方法中通过canny方法计算得到的轮廓图像。

图8是本发明优选实施例公开的瓦斯抽采泵站智能监控方法中通过霍夫直线检测得到的图像。

图9是本发明优选实施例公开的瓦斯抽采泵站智能监控方法的关停流程时序图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明公开了一种瓦斯抽采泵站智能监控系统，用于监控瓦斯抽采装置，本文涉及到的瓦斯抽采装置通常由瓦斯抽采泵、循环水池、输送管道等。如图1所示，瓦斯抽采泵站智能监控系统包括控制器模块，优选的可以采用PLC(Programmable Logic Controller)，还包括：

(1)上位机模块，用于向所述控制器模块发送控制指令，还用于接收控制器模块反馈的各项数据信息，并通过显示器展示等方式展现给相关工作人员，使得工作人员能够整体上掌握了解瓦斯抽采作业中的各项进程和设备状态，实现了有效的远程监管。上位机模块优选可以采用计算机设备。

(2)摄像分析模块，该模块包括摄像头，优选为矿用隔爆摄像头，其功能之一便是采集包含有用于监测瓦斯抽采装置的机械仪表的仪表图像，瓦斯抽采装置中在不同位置设有用于检测不同指标的多个仪表，例如，瓦斯抽采管道压力表，等等。该模块还包括视频分析服务器，其具有数据处理的功能，根据其预设的方法或识别模型对摄像头上传的仪表图像进行图像识别，得到反映瓦斯抽采装置状态的仪表信息。本发明中矿用隔爆摄像头的另一项用途是识别厂房内的特定目标，例如手机、平板电脑、人员跌倒、小动物等，具体详见下文说明。

(3)状态检测模块，用于检测瓦斯抽采装置的各项指标，生成并上传检测信号给控制器模块，具体可以包括多个传感器装置，如循环水流量传感器、瓦斯抽采泵电机温度传感器等。

(4)第一开关模块，具体包括瓦斯抽采泵电动阀门和循环水泵低压开关，在瓦斯抽采泵启动时，控制器模块控制打开瓦斯抽采泵电动阀门，并驱动循环水泵低压开关合闸，用于向瓦斯抽采泵注水。控制器模块在接收到第一开关模块的反馈信号后确认完成该模块的启动操作。

(5)第二开关模块，具体包括瓦斯抽采泵高压开关，控制器模块、瓦斯抽采泵高压开关、瓦斯抽采泵顺序连接。在第一开关模块启动后，控制器模块会在适宜的情况下开启第二开关模块，使得瓦斯抽采泵得电。

对于上述启动第二开关模块的时机主要是基于瓦斯抽采装置各部分状态确定的，当所述的状态符合预定条件即可启动第二开关模块，当预定条件为多个时，瓦斯抽采泵装置的状态应当满足所有的预定条件，控制器模块才能够启动第二开关模块。在接收到第二开关模块的启动反馈信息后，确认完成该模块的启动操作。

当瓦斯抽采装置中具有多个瓦斯抽采泵时，其当前工作的即为主泵，其他未工作的即为备用泵，本发明公开的智能监控系统中，每个瓦斯抽采泵分别对应有各自的第一开关模块、第二开关模块和状态检测模块，实现对各瓦斯抽采泵的精准监控。当主泵工作达到一定时间后，控制器模块控制上述结构启动备用泵工作并作为新的主泵。

在本发明的一些实施例中，该智能监控系统还包括工业交换机，控制器模块、视频分析服务器、矿用隔爆摄像头、上位机模块分别接入其中，以实现上述的数据交互与通信。

在本发明的一些实施例中，如图2所示，瓦斯抽采装置具有主、备两个抽采泵，控制器模块为PLC控制柜，其分别连接瓦斯抽采管道压力传感器、瓦斯抽采管道温度传感器、瓦斯抽采管道甲烷浓度传感器、瓦斯抽采管道流量传感器、循环水泵低压开关、2#循环水泵低压开关、循环水流量传感器、2#循环水流量传感器、瓦斯抽采泵缺水传感器、2#瓦斯抽采泵缺水传感器、瓦斯抽采泵电动阀门、2#瓦斯抽采泵电动阀门、配空电动阀门、循环电动阀门、循环水电动阀门、2#循环水电动阀门、瓦斯抽采泵减速机轴温传感器、2#瓦斯抽采泵减速机轴温传感器、瓦斯抽采泵电机温度传感器、2#瓦斯抽采泵电机温度传感器、循环水池液位传感器、循环水池补水电动阀门、瓦斯抽采泵高压开关、2#瓦斯抽采泵高压开关。工业交换机分别连接上位机、视频分析服务器、PLC控制柜。

本发明公开的瓦斯抽采泵站智能监控系统的具体使用监控方法和流程详见下文。

如图3所示，本发明还公开了一种瓦斯抽采泵站智能监控方法，用于监控瓦斯抽采装置，包括：

S1：工作员人通过上位机模块发送启动指令给控制器模块。

S2：控制器模块在接收到指令后，控制第一开关模块启动，用于向瓦斯抽采泵内注水。

S3：获取状态检测模块生成的检测信号，解析得到用于反映瓦斯抽采装置状态的状态检测信息。本领域技术人员应当理解，瓦斯抽采装置状态包括控制器模块，状态检测模块中的部分或全部设备可以实时监控并上传检测信号，无论上位机模块是否想控制器模块发送了启动或关停指令。

S4：采集包含有用于监测瓦斯抽采装置的机械仪表的仪表图像，解析所述仪表图像得到反映瓦斯抽采装置状态的仪表信息。

S5：基于所述第一开关模块的启动状态和/或所述状态检测信息和/或所述仪表信息，判断瓦斯抽采装置状态是否达到预设的启动条件。对于一项指标，其具体参数可能只存在于状态检测信息或所述仪表信息中的一个内，而在状态检测信息和仪表信息中均包括该指标的参数时，可以从两者中任选一个作为判断启动条件所用的参数，或者，将两者进行比较，若数值相同则选用该参数，若不同，可能状态检测模块或摄像分析模块出现故障，控制器模块上报给上位机模块，提醒工作人员及时处理。

S6：若瓦斯抽采装置状态达到了预设的启动条件，则通过控制第二开关模块使得瓦斯抽采装置得电启动。优选的，还包括步骤S601，控制器模块在收到第二开关模块成功启动的反馈信息后，确定瓦斯抽采泵完成启动。

在本发明的一些实施例中，通过工业交换机实现控制器模块、上位机模块、摄像分析模块之间的通信。因此，步骤S1中，上位机模块发送启动指令至工业交换机，控制器模块从所述工业交换机获取所述启动指令。

在步骤S4中，基于矿用隔爆摄像头采集的所述机械仪表的图像，通过所述工业交换机发送至视频分析服务器，解析得到所述仪表信息。控制器模块通过所述工业交换机获取由所述视频分析服务器发送的所述仪表信息。

在本发明的一些实施例中，第一开关模块包括瓦斯抽采泵电动阀门和循环水泵低压开关。所述步骤S2包括：打开瓦斯抽采泵电动阀门，并且驱动循环水泵低压开关合闸。

状态检测模块中具体设备可参见上述图2对应的实施例，所述步骤S3包括：根据所述检测信号解析得到以下全部或其中一部分：

(A)瓦斯抽采泵电动阀门反馈的开度信息；(B)所述循环水泵低压开关所反馈的开闭反馈信息；(C)循环水流量传感器上传的循环水流量值；(D)瓦斯抽采泵缺水传感器上传的缺水反馈信息；(E)瓦斯抽采泵减速机轴温度传感器上传的温度值；(F)瓦斯抽采泵电机温度传感器上传的温度值值。其中，(A)和(B)是在控制第一开关模块启动的情况下得到的一次性反馈，值得一提的是，瓦斯抽采泵电动阀门的开度信息反馈和循环水泵低压开关的开闭反馈可以采用现有方法和结构实现，本文不再详细说明；控制器模块可以实时获取(C)～(F)上传的状态检测信息，用于对瓦斯抽采装置的运行进行实时监控，能够及时发现问题并通知工作人员进行处理。

仅针对上述(C)～(F)中涉及到的状态检测信息，完全可以通过状态检测模块中的各传感器实现并上传至控制器模块，而不需要依靠仪表信息进行补充。

进一步地，所述步骤S5中，预设的启动条件包括：(a)瓦斯抽采泵电动阀门开度≥90％；(b)接收到循环水泵低压开关闭合反馈信号；(c)循环水流量传感器监测流量值≥50L/min；(d)瓦斯抽采泵缺水传感器触点为开状态；(e)瓦斯抽采泵减速机轴温传感器监测温度值≤110℃；(f)瓦斯抽采泵电机温度传感器监测温度值≤95℃。

所述步骤S6包括：在控制器模块判断瓦斯抽采装置各部分状态均满足上述的启动条件，则驱动瓦斯抽采泵高压开关合闸；在接收到所述瓦斯抽采泵高压开关反馈的合闸信号的情况下，确认所述瓦斯抽采装置启动。

在本发明的一些实施例中，在瓦斯抽采泵启动后还需要对其继续监控并做适应性调节，具体包括以下几个部分：

抽采浓度调节。控制器模块基于所述状态检测信息(由瓦斯抽采管道甲烷浓度传感器上传)或仪表信息确定瓦斯抽采管道的甲烷浓度值，在所述甲烷浓度值高于第一浓度阈值的情况下，控制配空电动阀门开度缓慢增加；在所述甲烷浓度值低于第二浓度阈值的情况下，所述配空电动阀门开度保持不变；在所述甲烷浓度值低于第三浓度阈值的情况下，控制所述配空电动阀门开度缓慢减少；在所述甲烷浓度值高于第四浓度阈值的情况下，所述配空电动阀门开度保持不变。优选的，第一浓度阈值为35％，第二浓度阈值为32％，第三浓度阈值为28％，第四浓度阈值为30％。

抽采负压调节。控制器模块基于所述状态检测信息(由瓦斯抽采管道压力传感器上传)或仪表信息确定瓦斯抽采管道的负压值；在所述负压值低于第一压力阈值的情况下，控制循环电动阀门开度增加；在所述负压值高于第二压力阈值的情况下，控制循环电动阀门开度停止增加；在所述负压值高于第三压力阈值的情况下，控制循环电动阀门开度减少；在所述负压值低于第四压力阈值的情况下，控制循环电动阀门开度停止减少。优选的，第一压力阈值为-13Kpa，第二压力阈值为-6Kpa，第三压力阈值为-5Kpa，第四压力阈值为-8Kpa。

循环水池自动补水。控制器模块基于所述状态检测信息(由循环水池液位传感器上传)或仪表信息确定循坏水池的液位值，在所述液位值低于第一液位阈值的情况下，控制循环水池补水电动阀门全开启；在所述液位值高于第二液位阈值的情况下，控制所述控制循环水池补水电动阀门关闭。优选的，第一液位阈值为300mm，第二液位阈值为1000mm。

在瓦斯抽采装置开启后的运行过程中，本发明公开的方案还能够实现对其实时监控，当出现异常状态后及时报警通知工作人员。具体包括：基于所述状态检测信息和/或所述仪表信息，判断瓦斯抽采装置状态是否达到预设的报警条件；若是，则向所述上位机模块发送报警信息。

优选的，当报警条件包括多项内容时，判断达到至少一项报警条件，则PLC控制柜通过工业以太网向上位机发送系统运行报警。报警条件包括：循环水流量传感器监测流量值≤35L/min；瓦斯抽采泵缺水传感器触点为闭点；瓦斯抽采泵减速机轴温传感器监测温度值≥135℃；瓦斯抽采泵电机温度传感器监测温度值≥125℃；瓦斯抽采管道压力传感器监测负压值≤-13.5Kpa；瓦斯抽采管道甲烷浓度传感器监测值≥37％。系统报警后，在上位机模块通过显示设备来展示报警信息，通知工作人员进行检修。

在本发明的一些实施例中，对于摄像分析模块中的各矿用隔爆摄像头采集的图像(包括视频)主要具有两种功能用途，一是用于采集机械仪表的图像并识别得到仪表信息，二是用于对厂房内图像进行采集，并识别标定特征。

对于上述的第一种功能用途，具体方法包括：定位所述仪表图像中机械表盘区域；对所述机械表盘区域依次进行灰度处理、滤波处理、二值化处理，并进行形态学膨胀运算，使得所述所述机械表盘区域中心空白处仅包括表针；获取所述表针的两侧轮廓线的坐标位置，并基于所述坐标位置计算得到所述表针的倾斜角度；基于所述倾斜角度确定仪表读数，得到所述仪表信息。

下面以压力机械表(该机械表监测点与瓦斯抽采管道压力传感器检测点位置相同)为例，对仪表图像的识别流程详细说明如下：

首先，利用基于YOLO-v4开发的特征图像识别方法在矿用隔爆摄像头采集的图像中迅速定位压力机械表表盘区域，并去除图像的干扰信息。

然后，获取表盘图像后，将RGB格式图像转换为灰度图，并用5×5高斯核滤波，去除图像噪点。

再然后，利用OTSU算法对高斯滤波后的图像进行二值化处理，得到图像效果如图4所示，对二值化处理后的图像进行形态学膨胀运算，使表盘中心空白处仅剩下黑色表针，效果如图5所示。

再然后，截取膨胀运算处理后图片中心区域图像，图像尺寸为255×255，效果如图6所示。使用Canny算法和霍夫直线算法进行处理得到如图7和图8所示效果，并计算轮廓坐标点和轮廓直线首尾坐标。

最后，在如图8所示的霍夫直线检测效果图上，设定图像左上角为坐标零点，零点水平右方为X轴正向，零点垂直下方为Y轴正向。将指针间两条轮廓线段分别定义为L1和L2，分别计算L1和L2的收尾坐标，本实施例中，L1首尾坐标分别为(54，59)和(96，98)，L2首尾坐标分别为(53，61)和(91，104)。通过线段首尾坐标计算出L1倾斜角度为137.11°，L2倾斜角度为131.47°，指针中心线倾斜角度为两者平均值，计算得到其数值为134.29°，即指针本身的倾斜角度。基于同样方法可计算在指针指向0MPa时，指针倾斜角度为209.6°，而在指针指向2.5MPa时，指针倾斜角度为-51.48°。因此可知，每1°对应量程为：

2.5/(209.6+51.48)＝0.0096(MPa)

由上述计算结果可得仪表实际读数为：

0.0096*(209.6-134.29)＝0.72(MPa)

PLC控制柜实时获取瓦斯抽采管道压力传感器上传的监测数据值，并与上述得到的仪表信息进行比对，若数值相同或差值处于误差范围内，则判断瓦斯抽采装置中对应部分运行正常，否则，判断运行异常，需要向上位机模块反馈报警信息，以提醒工作人员及时检修维护。上述方案实现了替代人工定时巡检压力机械表的工作，极大的提高了瓦斯抽采装置运行的安全性和稳定性。

对于上述的第二种功能用途，本发明还公开了其对应的识别流程方法，包括：采集包含瓦斯抽采泵站厂房内的现场图像，判断所述现场图像中是否存在标定特征，所述标定特征可以根据实际需求设定，例如，手机、平板电脑、安全帽、人员跌倒、狗、猫、机械表盘等；若存在标定特征，则向所述上位机模块发送报警信息。

标定特征识别基于YOLO-v4算法进行开发的深层神经网络图像识别模型来实现的。开发过程如下：

首先，准备训练数据，并标注图片，用矩形框覆盖图片中待识别的特征并标注特征种类，训练数据库数据量优选为一万张图片，识别特征包括手机、平板电脑、安全帽、人员跌倒、狗、猫、机械表盘等，还可以根据实际需求增删。

然后，参数调整，激活马赛克数据增强、Mish激活函数。

再然后模型训练，epoch＝50，literation＝2500，batchsize＝4，自动存储loss最低和验证精度最高模型的权重系数。

最后，将训练好的模型部署到视频分析服务器中。

上述过程完成后，如图2所示，矿用隔爆摄像头一和矿用隔爆摄像头二实时采集瓦斯抽采泵站厂房内视频图像，视频图像通过工业以太网，进入工业交换机，再由工业交换机传输到视频分析服务器中，搭载图像识别模型的视频分析服务器实时运算识别视频图像中是否有标定特征，视频分析服务器识别出工作人员在厂区内携带手机、平板电脑，工作人员未佩戴安全帽，人员跌倒，狗、猫进入瓦斯抽采泵站厂房，立即将报警信息通过OPC协议发送到上位机，上位机显示报警信息。

在本发明的一些实施例中，除了上述步骤公开了的远程“一键启动”功能之外，该智能监控方案还具有自动巡检功能，用于取代传统的人工巡检作业。本发明所述瓦斯抽采泵站智能监控方法还包括以下步骤：对比所述状态检测信息和所述仪表信息中用于反映瓦斯抽采装置状态的同一指标的参数是否匹配；若否，则向所述上位机模块发送报警信息。

例如，采用上述实施例公开的方法，控制器模块获取仪表信息为压力机械表的读数为0.72Mpa，并获取状态检测模块中与其同位置的瓦斯抽采管道压力的是参数，将两者进行比较，若数值不同或差值搞过误差阈值，则想上位机模块发送报警信息。

本发明还可以通过上位机模块调整控制模式，即“一键启动”模式和手动模式的切换，通过上位机选择控制模式，若选择手动模式，则想控制器模块发送手动启动指令，进而实施以下步骤来实现瓦斯抽采泵的启动和关停：

步骤S11：在获取手动启动指令的情况下，根据所述上位机模块发送的第一开关模块启动指令和第二开关模块启动指令来分别控制所述第一开关模块和所述第二开关模块启动。

步骤S12：分别获取所述第一开关模块和所述第二开关模块的启动反馈信息，瓦斯抽采装置完成启动。

步骤S13：根据所述上位机模块发送的第一开关模块关停指令和第二开关模块关停指令来分别控制所述第一开关模块和所述第二开关模块关停；

步骤S14：分别获取所述第一开关模块和所述第二开关模块的关停反馈信息，瓦斯抽采装置完成关停。

本发明还公开了一种方便操作的“一键关停”方式，来实现瓦斯抽采泵的自动关停。如图9所示，具体包括：

S7：获取所述上位机模块的关停指令。

S8：控制第二开关模块关闭。

S901：自获取第二开关模块的关闭反馈信息起计时，直到达到预定的延时；

S902：关闭所述第一开关模块。优选的，预定的延时为三分钟。

S10：获取第一开关模块的关闭反馈信息，完成关停。

对于上述步骤S11～S14，本发明还公开了一个优选实施例。

瓦斯抽采泵手动启停：瓦斯抽采泵站智能监控系统处于到手动模式，操作人员按下上位机瓦斯抽采泵启动按钮，PLC控制柜通过以太网接收启动指令后，驱动瓦斯抽采泵高压开关合闸(合闸需满足瓦斯抽采泵相应的启动条件)，待PLC控制柜接收到瓦斯抽采泵高压开关合闸信号后，瓦斯抽采泵手动启动完成，否则PLC控制柜报警通知工作人员对设备进行检修；操作人员按下上位机瓦斯抽采泵停止按钮，PLC控制柜通过以太网接收停止指令后，驱动瓦斯抽采泵高压开关分闸，待PLC控制柜接收到瓦斯抽采泵高压开关分闸信号后，瓦斯抽采泵手动关闭完成，否则PLC控制柜报警通知工作人员对设备进行检修。

循环水泵手动启停。瓦斯抽采泵站智能监控系统处于手动模式，操作人员按下上位机循环水泵启动按钮，PLC控制柜通过以太网接收启动指令后，驱动循环水泵低压开关合闸，待PLC控制柜接收到循环水泵低压开关合闸信号后，循环水泵手动启动完成，否则PLC控制柜报警通知工作人员对设备进行检修；操作人员按下上位机循环水泵停止按钮，PLC控制柜通过以太网接收停止指令后，驱动循环水泵低压开关分闸，待PLC控制柜接收到循环水泵低压开关分闸信号后，循环水泵关闭完成，否则PLC控制柜报警通知工作人员对设备进行检修。

瓦斯抽采泵电动阀门手动启停。系统处于手动模式，通过上位机设定电动阀门开度，操作人员按下上位机瓦斯抽采泵电动阀门启动按钮，PLC控制柜通过以太网接收启动指令后，控制瓦斯抽采泵电动阀门开启到设定开度。操作人员按下上位机瓦斯抽采泵电动阀门停止按钮，PLC控制柜通过以太网接收停止指令后，控制瓦斯抽采泵电动阀门关闭。系统其它电动阀门手动启停过程与瓦斯抽采泵电动阀门手动启停相似，故略。

本发明还公开了一种瓦斯抽采泵运行切换方法，适用于具有多个瓦斯抽采泵的情况，包括：

采用如上述任一实施例所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，启动瓦斯抽采装置中任一抽采泵。在运行时间达到切换时间阈值的情况下，关闭所述已启动的抽采泵，并采用上述任一实施例所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，启动所述瓦斯抽采装置中未运行的抽采泵。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种瓦斯抽采泵站智能监控系统，用于监控瓦斯抽采装置，其特征在于，包括控制器模块，还包括：

上位机模块，用于向所述控制器模块发送控制指令；

摄像分析模块，用于采集包含有用于监测瓦斯抽采装置的机械仪表的仪表图像，并解析所述仪表图像得到反映瓦斯抽采装置状态的仪表信息；

控制器模块，用于：

控制第一开关模块启动，用于向瓦斯抽采泵注水；

获取状态检测模块生成的检测信号，解析得到用于反映瓦斯抽采装置状态的状态检测信息；

获取所述仪表信息；

基于所述第一开关模块的启动状态和/或所述状态检测信息和/或所述仪表信息，判断瓦斯抽采装置状态是否达到预设的启动条件；

若是，则通过控制第二开关模块使得瓦斯抽采装置得电启动。

2.一种瓦斯抽采泵站智能监控方法，用于监控瓦斯抽采装置，其特征在于，包括：

S1：获取上位机模块的启动指令；

S2：控制第一开关模块启动，用于向瓦斯抽采泵内注水；

S3：获取状态检测模块生成的检测信号，解析得到用于反映瓦斯抽采装置状态的状态检测信息；

S4：采集包含有用于监测瓦斯抽采装置的机械仪表的仪表图像，解析所述仪表图像得到反映瓦斯抽采装置状态的仪表信息；

S5：基于所述第一开关模块的启动状态和/或所述状态检测信息和/或所述仪表信息，判断瓦斯抽采装置状态是否达到预设的启动条件；

S6：若是，则通过控制第二开关模块使得瓦斯抽采装置得电启动。

3.根据权利要求2所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

上位机模块发送启动指令至工业交换机的情况下，从所述工业交换机获取所述启动指令；

所述步骤S4包括：

基于矿用隔爆摄像头采集的所述机械仪表的图像，通过所述工业交换机发送至视频分析服务器，解析得到所述仪表信息；

所述步骤S5之前，还包括：

通过所述工业交换机获取由所述视频分析服务器发送的所述仪表信息。

4.根据权利要求2所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

打开瓦斯抽采泵电动阀门，并且驱动循环水泵低压开关合闸；

所述步骤S3包括：根据所述检测信号解析得到以下一者或几者：

所述瓦斯抽采泵电动阀门开度信息；

所述循环水泵低压开关开闭反馈信息；

循环水流量值；

瓦斯抽采泵缺水反馈信息；

瓦斯抽采泵减速机轴温度值；

瓦斯抽采泵电机温度值；

所述步骤S5包括：

基于所述第一开关模块的启动状态和所述状态检测信息，判断瓦斯抽采装置的运行状态的状态检测信息是否达到预设的启动条件；

所述步骤S6包括：

若是，则驱动瓦斯抽采泵高压开关合闸；

在接收到所述瓦斯抽采泵高压开关反馈的合闸信号的情况下，确认所述瓦斯抽采装置启动。

5.根据权利要求2所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，其特征在于，所述瓦斯抽采泵站智能监控方法还包括：

对比所述状态检测信息和所述仪表信息中用于反映瓦斯抽采装置状态的同一指标的参数是否匹配；

若否，则向所述上位机模块发送报警信息。

6.根据权利要求2所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

定位所述仪表图像中机械表盘区域；

对所述机械表盘区域依次进行灰度处理、滤波处理、二值化处理，并进行形态学膨胀运算，使得所述所述机械表盘区域中心空白处仅包括表针；

获取所述表针的两侧轮廓线的坐标位置，并基于所述坐标位置计算得到所述表针的倾斜角度；

基于所述倾斜角度确定仪表读数，得到所述仪表信息。

7.根据权利要求2所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，其特征在于，所述瓦斯抽采泵站智能监控方法还包括：

基于所述状态检测信息或仪表信息确定瓦斯抽采管道的甲烷浓度值，在所述甲烷浓度值高于第一浓度阈值的情况下，控制配空电动阀门开度增加；在所述甲烷浓度值低于第二浓度阈值的情况下，所述配空电动阀门开度保持不变；在所述甲烷浓度值低于第三浓度阈值的情况下，控制所述配空电动阀门开度减少；在所述甲烷浓度值高于第四浓度阈值的情况下，所述配空电动阀门开度保持不变；

基于所述状态检测信息或仪表信息确定瓦斯抽采管道的负压值；在所述负压值低于第一压力阈值的情况下，控制循环电动阀门开度增加；在所述负压值高于第二压力阈值的情况下，控制循环电动阀门开度停止增加；在所述负压值高于第三压力阈值的情况下，控制循环电动阀门开度减少；在所述负压值低于第四压力阈值的情况下，控制循环电动阀门开度停止减少；

基于所述状态检测信息或仪表信息确定循坏水池的液位值，在所述液位值低于第一液位阈值的情况下，控制循环水池补水电动阀门全开启；在所述液位值高于第二液位阈值的情况下，控制所述控制循环水池补水电动阀门关闭。

8.根据权利要求2所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，其特征在于，所述瓦斯抽采泵站智能监控方法，还包括：

基于所述状态检测信息和/或所述仪表信息，判断瓦斯抽采装置状态是否达到预设的报警条件；

若是，则向所述上位机模块发送报警信息；

所述瓦斯抽采泵站智能监控方法，还包括：

采集包含瓦斯抽采泵站厂房内的现场图像，判断所述现场图像中是否存在标定特征；

若是，则向所述上位机模块发送报警信息。

9.根据权利要求2所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

获取上位机模块的自动启动指令或手动启动指令；

所述步骤S2包括：

在获取自动启动指令的情况下，控制第一开关模块启动，用于向瓦斯抽采泵内注水；

所述瓦斯抽采泵站智能监控方法，还包括：

S7：获取所述上位机模块的关停指令；

S8：控制第二开关模块关闭；

S9：自获取第二开关模块的关闭反馈信息起计时，并在在达到预定的延时后，关闭所述第一开关模块；

S10：获取第一开关模块的关闭反馈信息，完成关停；

所述瓦斯抽采泵站智能监控方法，还包括：

S11：在获取手动启动指令的情况下，根据所述上位机模块发送的第一开关模块启动指令和第二开关模块启动指令来分别控制所述第一开关模块和所述第二开关模块启动；

S12：分别获取所述第一开关模块和所述第二开关模块的启动反馈信息，瓦斯抽采装置完成启动；

S13：根据所述上位机模块发送的第一开关模块关停指令和第二开关模块关停指令来分别控制所述第一开关模块和所述第二开关模块关停；

S14：分别获取所述第一开关模块和所述第二开关模块的关停反馈信息，瓦斯抽采装置完成关停。

10.一种瓦斯抽采泵运行切换方法，其特征在于，包括：

采用如权利要求2～9中任一项所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，启动瓦斯抽采装置中任一抽采泵；

在运行时间达到切换时间阈值的情况下，关闭所述已启动的抽采泵，并采用如权利要求2～8中任一项所述的瓦斯抽采泵站智能监控方法，启动所述瓦斯抽采装置中未运行的抽采泵。

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